GFRP加固砌体墙力学性能研究

论文摘要

砌体是一种古老的建筑材料，至今仍然应用于很多的房屋建筑中。另一方面，由于历史的原因，依然存在着大量的无筋砌体结构，抗拉强度低、承载力不足等问题使得对砌体结构，尤其是无筋砌体结构进行加固变得越发地迫切。近年在土木工程领域中兴起的新材料FRP(纤维增强塑料)以其高的强度质量比、施工便捷等优点为砌体结构加固开辟了新的途径，具有广阔的发展前景。本文围绕GFRP加固的砌体墙的平面外受弯、平面内荷载作用下的有限元模型以及GFRP与砖砌体粘结等有关力学性能的几个问题，开展了以下研究： 1．对表面粘贴GFRP加固的砖砌体试件进行了平面外四点弯曲试验。试件设计成两组，其中一组沿齿缝弯曲，另一组沿通缝弯曲。观察了试件的破坏过程，总结了三种典型的破坏形态，研究了GFRP对试件受弯承载力以及变形的影响；并与未加固试件进行了对比。 2．在试验的基础上，做出适当的假定，应用适合我国砌体材料的受压本构关系，推导了加固试件的平面外受弯承载力计算公式； 3．根据双面剪切粘结试验的结果，研究了砖砌体与GFRP粘结界面上剪切粘结应力的分布以及局部粘结应力—滑移关系，提出了局部粘结应力—滑移关系的理论模型；根据GFRP加固的砖砌体试件受弯试验结果，研究了不同荷载下GFRP的应变分布以及粘结界面剪切粘结应力的分布； 4．以无筋砌体的分离式模型为基础，利用四节点平面单元模拟块体，联结单元模拟砂浆灰缝，膜单元模拟FRP，建立了平面内荷载作用下的FRP加固砌体墙的有限元模型，并应用模型对三个典型试件进行了计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 砌体结构加固的方法
• 1.3 FRP的特点及其在工程中的应用
• 1.3.1 FRP的特点
• 1.3.2 FRP在工程中的应用
• 1.4 FRP加固砌体结构研究综述
• 1.4.1 国外研究综述
• 1.4.2 国内研究概况
• 1.5 本文研究内容
• 2 GFRP加固的砌体墙平面外受弯性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验目的
• 2.3 试件设计
• 2.4 材料基本物理力学性能
• 2.4.1 实心粘土砖
• 2.4.2 砂浆
• 2.4.3 玻璃纤维增强塑料GFRP
• 2.5 GFRP的粘贴施工
• 2.6 加载装置与数据采集系统
• 2.6.1 加载装置
• 2.6.2 测点布置与数据采集系统
• 2.7 试验过程
• 2.8 试验结果与讨论
• 2.8.1 试验现象与破坏模式
• 2.8.2 试验结果汇总
• 2.8.3 试件弯矩挠度曲线
• 2.8.4 沿通缝弯曲试件与沿齿缝弯曲试件加固效果的比较
• 2.8.5 GFRP粘贴层数对受弯荷载峰值提高程度的影响
• 2.8.6 砂浆强度对受弯荷载峰值提高程度的影响
• 2.8.7 GFRP的有效拉应变
• 2.8.8 关于锚固与抗剪加固措施
• 2.9 本章小结
• 3 GFRP加固的砌体墙平面外受弯的承载力计算
• 3.1 引言
• 3.2 相关文献回顾
• 3.3 基本假定
• 3.4 FRP加固的砌体墙平面外受弯承载力的计算
• 3.4.1 问题的一般性描述
• 3.4.2 一般情况下截面承受弯矩的计算
• 3.4.3 界限状态下截面承受弯矩以及GFRP界限纤维配置率的计算
• 3.4.4 截面受压区砌体先于受拉区GFRP破坏时受弯承载力的计算
• 3.4.5 截面受拉区GFRP先于受压区砌体破坏时受弯承载力的计算
• 3.4.6 受弯承载力计算中砌体压应力图形的简化
• 3.4.7 利用砌体受压等效矩形应力图计算
• 3.4.8 受弯承载力理论计算与试验结果的对比
• 3.5 本章小结
• 4 GFRP与砌体界面粘结特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 相关文献回顾
• 4.3 GFRP与砖砌体粘结性能的双面剪切粘结试验情况简介
• 4.4 砖砌体与GFRP粘结界面典型单元的受力分析
• 4.5 双面剪切粘结试验中砖砌体与GFRP界面上剪切粘结应力的分布
• 4.6 受弯的GFRP加固砖砌体粘结界面上GFRP的应变分布与粘结应力的分布
• 4.6.1 受弯的GFRP加固的砖砌体粘结界面上GFRP应变分布
• 4.6.2 受弯的GFRP加固的砖砌体粘结界面上剪切粘结应力分布
• 4.7 局部粘结应力—滑移以及有效粘结长度问题的初步探讨
• 4.7.1 GFRP与砖砌体粘结界面的局部粘结应力-滑移关系
• 4.7.2 GFRP与砖砌体粘结界面的有效粘结长度
• 4.8 本章小结
• 5 GFRP加固的砌体墙在平面内荷载作用下的有限元模型
• 5.1 引言
• 5.2 相关文献回顾
• 5.2.1 无筋砌体在平面荷载作用下的力学模型研究现状
• 5.2.2 FRP加固的砌体墙在平面荷载作用下的力学模型研究现状
• 5.3 GFRP加固的砌体墙片在平面内荷载作用下的有限元模型
• 5.3.1 块体的本构关系及破坏准则
• 5.3.2 砂浆的本构关系及破坏准则
• 5.3.3 FRP的本构关系及破坏准则
• 5.4 有限元模型的求解
• 5.5 模型的验证
• 5.5.1 试验概况
• 5.5.2 有限元模型
• 5.5.3 模型计算结果
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢